基于FPGA 的立體LED顯示驅動器的設計

【摘要】將LED 顯示屏的特點和自由立體顯示的視覺效果相結合，采用特殊的LED 立體顯示屏，利用片上系統(tǒng)（SoC）和可編程片上系統(tǒng)（SoPC）的設計方法，提出立體LED 顯示屏控制系統(tǒng)的完整設計方案。在LED 時序發(fā)生器的設計中利用直接內存存取（DMA）傳輸技術，生成隊畫面數(shù)據(jù)，用改進型的D/T 轉換技術控制所有像素點的亮度。結果表明，本設計借用了立體液晶顯示的解決方法，在LED 顯示屏上實現(xiàn)了自由立體顯示，保證了屏幕的刷新速率，同時還降低了立體真彩顯示系統(tǒng)的復雜性。該設計方案能夠保證畫面有效實時顯示，具有較強的實用性。

　　1 引言：

　　LED視頻顯示屏由于亮度高、視角廣、壽命長、功耗低、性價比高，而且具有可與計算機同步顯示各種文字、圖形、圖像，可實時播放電視、錄像、影碟等視頻信號，可即時輸入、編輯各種多媒體數(shù)據(jù)等優(yōu)點，使其在街頭、廣場、商業(yè)中心、運動場所、娛樂場所、控制中心等許多公共場合得到了廣泛的應用。

　　隨著人們對視覺要求的不斷提高，如何在LED 大屏幕上實現(xiàn)自由立體顯示成為急待解決的問題。為此，筆者提出了一種新的解決方案，使得在LED 顯示屏上實現(xiàn)自由立體顯示成為可能，同時還降低了立體真彩LED 顯示系統(tǒng)的復雜性。

　　2 系統(tǒng)硬件設計：

　　由自由立體顯示原理可知，要實現(xiàn)LED 立體顯示除了有立體信號源，對外還需要有自由立體LED 顯示屏和控制系統(tǒng)。由于自由立體顯示的一幀畫面需要一對圖像數(shù)據(jù)，和現(xiàn)有的LED 大屏幕顯示器相比，要達到同樣的顯示規(guī)模其顯示數(shù)據(jù)量增加一倍，掃描速度也增加一倍，因此選擇Altera 的Nois 結構。該結構的特點是具有嵌入式系統(tǒng)IP 軟核，含有很多接口模塊，包括可配置高速緩存模塊、SDRAM 控制器、DMA、定時器、協(xié)處理器等。在植入（配置進）FPGA 前，用戶可根據(jù)設計要求，利用QuartusⅡ和SoPC builder，對Nois 及外圍系統(tǒng)進行構建，使該嵌入式系統(tǒng)在硬件結構、功能特點、資源占用等方面全面滿足用戶設計系統(tǒng)的要求。特有的Avalon 總線結構通信接口，使用戶可隨意配置32/16 位總線指令集和數(shù)據(jù)通道。

　　同時Avalon 的流模式結構還能在沒有CPU 干預的情況下自動按順序進行數(shù)據(jù)傳輸，提高運行速度，因此充分滿足自由立體LED 顯示器對速度的要求。

　　2.1 LED 立體顯示屏的設計：

　　自由立體顯示是基于雙目視差原理實現(xiàn)的， 有4 種不同格式的圖像源，分別是SS 格式、TB 格式、FS 格式和FrS 格式。SS 格式為左、右視圖列交叉顯示；TB 格式、FS格式為左、右視圖行交叉顯示；FrS 格式為第1 幀奇數(shù)列、第2 幀偶數(shù)列列交叉顯示。對應4 種不同的3D 模式，其數(shù)據(jù)存儲方式也有所區(qū)別。根據(jù)人類的視覺原理和SS 格式，本設計的LED 自由立體顯示屏設計成由特殊排列的紅、綠、藍子像素構成，紅、綠、藍子像素的排列在水平方向上為自左至右均勻間隔排列構成一個水平行，在垂直方向上為紅、綠、藍子像素各構成一個垂直列，同樣均勻間隔排列。顯示屏上放置一塊光柵板，利用該光柵板保證觀察者通過光柵左眼只能看到顯示單元顯示的左眼圖像，而右眼只能看到顯示單元顯示的右眼圖像，從而獲得不用佩帶眼鏡就可以觀看的自由立體圖像，通過FPGA 控制器驅動顯示自由立體動態(tài)圖像。

　　2.2 FPGA 結構設計：

　　本系統(tǒng)采用可以在線配置Nios 軟核的FPGA 芯片EP1C6QC240C8。系統(tǒng)根據(jù)自由立體LED 的要求利用Avalon 總線配置了32 位CPU 軟核以及ROM，RAM，SRAM，F(xiàn)IFO，SDRAM 和DMA 等片內外資源， 用以存儲和快速傳輸數(shù)據(jù)， 同時還專門設計了LED 控制器以實現(xiàn)自由立體LED 顯示功能。

圖1 FPGA 系統(tǒng)結構圖